CN102956810B

CN102956810B - 电容式传感器及其制造方法和操作方法

Info

Publication number: CN102956810B
Application number: CN201210269364.0A
Authority: CN
Inventors: 金载兴
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2017-09-29
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: EP2562134A3; CN102956810A; US20130049528A1; KR101781553B1; KR20130021200A; EP2562134A2; JP6050631B2; EP2562134B1; JP2013043280A; US8963261B2

Abstract

本发明提供一种电容式传感器及其制造方法和操作方法。该电容式传感器包括：第一掺杂区；第二掺杂区，具有与第一掺杂区相反的导电性并包括第一振动部分；以及空置空间，设置在第一掺杂区与第一振动部分之间，其中第一和第二掺杂区是整体的。该振动部分包括多个通孔，并且用于密封多个通孔的材料膜设置在振动部分上。

Description

电容式传感器及其制造方法和操作方法

技术领域

本公开涉及能量转换器，更具体而言涉及电容式传感器及其制造方法和操作方法。

背景技术

用于转换能量的微型传感器包括基板和膜片（diaphragm）。膜片以施加到膜片的电压的预定幅度和预定频率振动。

膜片通过附接到硅基板而形成。可替代地，膜片可以通过在一个硅基板上形成一部分膜片、在另一基板上形成另一部分膜片并将硅基板与另一基板接合而形成。

然而，使用这样的常规方法形成的传感器在基板与膜片之间具有由于接合或沉积而导致的界面。因此，当传感器被重复使用时，传感器的结构稳定性会降低。

此外，为了电绝缘被施加电压以操作传感器的电极，绝缘层形成在电极之间。绝缘层可能被充电，由此降低传感器的可靠性。

此外，当使用常规方法时，接合或沉积会引起应力。

发明内容

本发明提供电容式传感器。

本发明提供制造和操作电容式传感器的方法。

附加的方面将部分地在后面的描述中阐述并且部分地从该描述显见，或者可以通过实践提供的实施方式而获知。

根据本发明的方面，传感器包括：第一掺杂区；第二掺杂区，具有与第一掺杂区相反的导电性并包括第一振动部分；以及空置空间，设置在第一掺杂区与第一振动部分之间，其中第一和第二掺杂区是整体的。

第一振动部分可以包括多个通孔，并且用于密封多个通孔的材料膜形成在第一振动部分上。

振动器可以设置在空置空间中以被连接到第一振动部分并与第一掺杂区平行。

第二掺杂区的第二振动部分可以设置在位于振动器与第一振动部分之间的空置空间中以被连接到第一振动部分和振动器。

第二振动部分可以包括多个通孔。

用于密封多个通孔的材料膜可以形成在第一振动部分上。

第一掺杂区可以被掺杂有n型材料或p型材料。

材料膜可以是硅氧化物膜、硅氮化物膜和聚合物膜中的任意一种。

根据本发明的另一方面，制造传感器的方法包括：形成单晶硅层，该单晶硅层是单层硅层并包括彼此相反地掺杂的第一掺杂区和第二掺杂区；以及在第一掺杂区与第二掺杂区之间的有限区域中形成空置空间。

形成单晶硅层可以包括：形成掺杂有第一掺杂剂的第一单晶硅层；以及通过将第一单晶硅层的一部分掺杂第二掺杂剂而形成第二掺杂区。

移除氧化区的氧化材料还可以包括：在氧化区上的第二掺杂区中形成通孔，通过通孔暴露氧化区；以及通过通孔移除氧化材料。

该方法还可以包括在第二掺杂区上形成用于密封通孔的材料膜。

形成单晶硅层可以包括：形成掺杂有第一掺杂剂的第一单晶硅层；在第一单晶硅层的顶表面下方形成氧化区；以及在第一单晶硅层上生长掺杂有第二掺杂剂的第二单晶硅层。

该方法还可以包括朝第二单晶硅层延伸氧化区的部分。

朝第二单晶硅层延伸氧化区的部分可以包括：形成第一氧化区，第一氧化区连接到该氧化区并在垂直于该氧化区的方向上延伸到第二单晶硅层中；以及形成第二氧化区，第二氧化区连接到第一氧化区并在平行于第二单晶硅层中的氧化区的方向上延伸。

从第一和第二单晶硅层的氧化区移除氧化材料还可以包括：在第二单晶硅层上形成通孔，通过通孔暴露朝第二单晶硅层延伸的氧化区；以及通过通孔移除第一和第二单晶硅层的氧化区的氧化材料。在移除氧化材料之后，该方法还可以包括在第二单晶硅层上形成用于密封通孔的材料膜。

该方法还可以包括：在第二单晶硅层上生长第三单晶硅层；延伸氧化区到第三单晶硅层中；以及移除第一至第三单晶硅层的氧化区的氧化材料。

延伸氧化区到第三单晶硅层中可以包括：形成第三氧化区，第三氧化区连接到氧化区的延伸到第二单晶硅层中的部分并穿过在氧化区的延伸到第二单晶硅层中的部分上方的第二单晶硅层；以及在第三单晶硅层上形成第四氧化区，第四氧化区连接到穿过第二单晶硅层的第三氧化区并平行于第二单晶硅层。

移除第一至第三单晶硅层的氧化区的氧化材料可以包括：在第三单晶硅层上形成通孔，通过通孔暴露第四氧化区；以及通过通孔移除第一至第三单晶硅层的氧化区的氧化材料。

形成氧化区可以包括：将氧离子注入到将要形成氧化区的相应部分；以及热处理在注入氧离子之后获得的所得结构。

延伸氧化区到第三单晶硅层中可以包括：将氧离子注入到第三单晶硅层的部分中，氧化区将被延伸到该部分；以及热处理在注入氧离子之后获得的所得结构。

根据本发明的另一方面，提供操作传感器的方法，其中传感器包括第一掺杂区、第二掺杂区和空置空间，第二掺杂区具有与第一掺杂区相反的导电性并包括振动部分，空置空间设置在第一掺杂区与振动部分之间，其中第一和第二掺杂区是整体的，该方法包括在第一和第二掺杂区之间施加反向偏压。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，上述和/或其它方面将变得明显且更易于理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的一实施方式的具有整体三维（3D）结构的电容式传感器的截面图；

图2是示出图1的电容式传感器的第一掺杂区的变型示例的截面图；

图3是示出根据本发明的另一实施方式的传感器的截面图；

图4是示出根据本发明的另一实施方式的传感器的截面图；

图5至图10是示出制造图1的传感器的方法的截面图；

图11至图18是示出制造图3的传感器的方法的截面图；以及

图19至图26是示出制造图4的传感器的方法的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施方式。在附图中，为了清楚而夸大了层或区域的厚度。术语“和/或”包括一个或更多相关所列项目的任何及所有组合。

图1是示出根据本发明的一实施方式的具有整体三维（3D）结构的电容式传感器（在下文被称为传感器）100的截面图。在解释传感器100的结构和制造传感器100的方法时，将解释操作传感器100的方法。

参照图1，传感器100包括硅基板TS1，硅基板TS1为单层基板。硅基板TS1可以是单晶硅基板。硅基板TS1包括第一掺杂区20、第二掺杂区30和第三掺杂区32。第二掺杂区30和第三掺杂区32设置在第一掺杂区20上方。第一掺杂区20连接到第二掺杂区30。

虽然为了清楚在图1中第一至第三掺杂区20、30和32彼此分离且假设第一至第三掺杂区20、30和32彼此分离而进行解释，但第一至第三掺杂区20、30和32的边界线实际上没有彼此分离。其它的实施方式也是如此。第一掺杂区20是掺杂有导电性与第二掺杂区30和第三掺杂区32的导电性相反的掺杂剂的区域。第二掺杂区30和第三掺杂区32可以包括相同的掺杂剂。第一掺杂区20可以包括例如p型掺杂剂。第二掺杂区30和第三掺杂区32可以包括例如n型掺杂剂。第二掺杂区30比第三掺杂区32更深。第二掺杂区30以位于其间的第三掺杂区32彼此间隔开，从而彼此面对。设置在第二掺杂区30之间的第三掺杂区32连接到第二掺杂区30。第二掺杂区30和第三掺杂区32是一个掺杂区。因此，不区分第二掺杂区30和第三掺杂区32之间的边界。第三掺杂区32具有均匀厚度。在第三掺杂区32与第一掺杂区20之间形成空置空间（empty space）60。空置空间60可以是作为振动器（或膜片）的第三掺杂区32振动的位置。第一掺杂区20和第三掺杂区32的彼此面对的表面可以彼此平行。第三掺杂区32的两侧连接到第二掺杂区30并被第二掺杂区30支撑。因此，当第三掺杂区32不操作时，第三掺杂区32不会向下翘曲，并且在第三掺杂32操作之后可以容易地回复到其初始状态。因此，第三掺杂区32可以用作所需的簧片（anchor）。第三掺杂区32可以包括多个通孔40。用于密封多个通孔40的材料膜50设置在第三掺杂区32上。通孔40可以填充有材料膜50。材料膜50可以是硅氧化物膜、硅氮化物膜和聚合物膜中的任一个。聚合物膜可以由例如聚对二甲苯（parylene）形成。如果聚合物膜由聚对二甲苯形成，可以通过使用气相沉积而沉积聚合物膜。

同时，用于密封通孔40的材料膜50可以被省略。如果使用材料膜50，空置空间60可以保持真空，由此提高振动器的Q因子。然而，即使不使用材料膜50，传感器100的操作也几乎不受影响。

由于第一掺杂区20和第二掺杂区30被相反地掺杂，因此第一掺杂区20和第二掺杂区30可以形成PN结。从而，第一掺杂区20和第二掺杂区30形成PN结二极管。因此，通过施加电信号使得当传感器100操作时反向偏压施加在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间，用作传感器100的电极的第一掺杂区20和第二掺杂区30可以彼此电绝缘。因此，由于传感器100不需要位于用作电极的第一掺杂区20和第二掺杂区30之间的绝缘层，因此可以避免电介质充电引起的问题。

虽然在图1中第二掺杂区30具有四分之一圆的形状，但是第二掺杂区30可以具有其它形状。例如，第二掺杂区30可以具有如图2所示的四边形形状。

在图1和图2中，氧化区（未示出）可以设置在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间。氧化区可以通过在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间注入氧离子而形成。如果形成氧化区，第一掺杂区20和第二掺杂区30可以由于氧化区而自然地彼此电绝缘。

图3是示出根据本发明的另一实施方式的传感器200的截面图。参照图3，传感器200包括硅基板TS2，硅基板TS2为单层硅基板。硅基板TS2可以由与图1的硅基板TS1相同的材料形成。硅基板TS2包括第一掺杂区20以及第四掺杂区130和第五掺杂区130A。第四掺杂区130和第五掺杂区130A设置在第一掺杂区20上方。第一掺杂区20与第四掺杂区130和第五掺杂区130A之间的掺杂关系可以与图1的第一掺杂区20与第二掺杂区30和第三掺杂区32之间的掺杂关系相同。第四掺杂区130和第五掺杂区130A形成硅基板TS2的顶表面。第四掺杂区130和第五掺杂区130A彼此一体地连接。第四掺杂区130比第五掺杂区130A更深。空置空间180形成在第五掺杂区130A与第一掺杂区20之间。第一掺杂区20和第五掺杂区130A由于空置空间180而彼此间隔开。空置空间180朝第一掺杂区20部分地延伸，因此第一掺杂区20的面对第五掺杂区130A的表面是凹形。第一掺杂区20和第四掺杂区130在空置空间180外侧彼此连接。振动器（或膜片）160设置在空置空间180中。振动器160通过柱130B连接到第五掺杂区130A。由于振动器160和柱130B通过采用外延生长与第四掺杂区130和第五掺杂区130A一起生长，所以以上元件是一个没有边界或接触表面的连续体。因此，操作过程中的稳定性可以高于在以上元件之间存在边界或接触表面时的稳定性。由于在传感器200操作时第五掺杂区130A振动，所以第五掺杂区130A和振动器160可以构成2级簧片。第五掺杂区130A、振动器160和第一掺杂区20的面对振动器160的表面（即，空置空间180的底表面）可以彼此平行。第五掺杂区130A可以包括多个通孔170。多个通孔170与空置空间180相通。用于密封多个通孔170的材料膜190设置在硅基板TS2的第五掺杂区130A上。材料膜190可以在第四掺杂区130上方延伸。材料膜190可以完全或部分地填充在多个通孔170中。

图4是示出根据本发明的另一实施方式的传感器300的截面图。参照图4，传感器300包括硅基板TS3，硅基板TS3为单层硅基板。硅基板TS3还包括形成在图3的硅基板TS2的第四掺杂区130和第五掺杂区130A上的第六掺杂区135。由于第六掺杂区135通过使用外延生长从第四掺杂区130和第五掺杂区130A生长，所以在第六掺杂区135与第四掺杂区130和第五掺杂区130A之间没有边界或接触表面。第六掺杂区135可以包括与第四掺杂区130和第五掺杂区130A相同的掺杂剂。第六掺杂区135包括空置空间180A。空置空间180A形成在第五掺杂区130A与第六掺杂区135之间。彼此间隔开的柱135A设置在空置空间180A中。柱135A连接第五掺杂区130A和第六掺杂区135的设置在空置空间180A上方的部分。第六掺杂区135的设置在空置空间180A上方的部分薄于第六掺杂区135的其它部分。第六掺杂区135的设置在空置空间180A上方的部分平行于第五掺杂区130A。第六掺杂区135的设置于空置空间180A上方的部分包括多个通孔240。多个通孔240连接到空置空间180A。用于密封多个通孔240的材料膜260设置在第六掺杂区135上，即，硅基板TS3上。通孔240可以填充有材料膜260。当传感器300操作时，振动器160、第五掺杂区130A和第六掺杂区135的设置在空置空间180A上方的部分可以一起振动。因此，传感器300可以包括由振动器160、第五掺杂区130A和第六掺杂区135的设置在空置空间180A上方的部分构成的3级簧片。空置空间180A通过第五掺杂区130A的通孔170连接到形成在空置空间180A下方的空置空间180。因此，空置空间180和180A形成一个空置空间。

如上所述，包括在根据本发明的任何一个实施方式的传感器中的膜片通过移除硅基板的一部分而形成，不是通过与硅基板结合或接合而形成。即，该传感器是整体传感器，其中膜片是硅基板的一部分且在膜片与硅基板之间没有由于接合或沉积导致的界面。该传感器的结构稳定性可以高于其中存在由于接合或沉积导致的界面的常规传感器。因此，操作过程中传感器的可靠性可以提高。

将参照图5至图26解释根据本发明的实施方式的传感器的制造方法。与图1至图4中相同的元件由相同的附图标记指示。

图5至图10是示出制造图1的传感器100的方法的截面图。参照图5，第二掺杂区30形成在硅基板TS1上。硅基板TS1可以是单晶硅基板。硅基板TS1掺杂有导电性与第二掺杂区30所掺杂的材料相反的材料。硅基板TS1可以是例如掺杂有p型杂质的基板。第二掺杂区30可以是例如掺杂有n型杂质的区域。第二掺杂区30可以形成在硅基板TS1的两端上。第二掺杂区30可以通过使用倾斜入射掺杂方法形成，或者通过使用在第二掺杂区30上具有不同厚度的掩模形成。为了方便，图5中硅基板TS1的不同于第二掺杂区30的区域被称为第一掺杂区20。由于第一掺杂区20和第二掺杂区30掺杂有相反的掺杂剂，所以第一掺杂区20和第二掺杂区30可以形成PN结二极管。由于第一掺杂区20和第二掺杂区30在传感器100操作时必须是电绝缘的，所以当传感器操作时反向偏压被施加在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间。第一掺杂区20和第二掺杂区30之间的击穿电压越高，效率越高。为了提高击穿电压，当形成第一掺杂区20和第二掺杂区30时，可以调节掺杂浓度。通过在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间插入绝缘层，可以提高击穿电压。在这种情形下，绝缘层可以通过在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间注入氧离子形成。

由于反向偏压施加在第一掺杂区20和第二掺杂区30之间，所以即使在传感器100操作时存在机械接触，也不发生电介质击穿。

参照图6，第三掺杂区32形成在第二掺杂区30之间的第一掺杂区20的上部中。第三掺杂区32可以通过以掩模（未示出）覆盖第二掺杂区30并注入导电杂质而形成。第二掺杂区30也可以以相同的方式形成。导电杂质可以与第二掺杂区30所掺杂的材料相同。第三掺杂区32可以薄于第二掺杂区30。

参照图7，掩模37形成在第二掺杂区30上。掩模37可以是光敏膜图案。当掩模37存在时，在离子注入工艺39中，将氧离子通过第三掺杂区32注入到硅基板TS1中。在离子注入工艺39之后，掩模37被移除。可以通过调节离子注入工艺39中的离子注入能量和氧的剂量而迫使氧离子到达第三掺杂区32下方的部分。在注入氧离子之后，可以通过执行预定时间周期的退火或加热而热处理硅基板TS1。退火或加热可以在离子注入工艺39期间执行。由于离子注入工艺39和退火，具有预定厚度的氧化区34形成在第三掺杂区32下方。氧化区34由硅氧化物形成。氧化区34在后续工艺中被移除，并且氧化区34从其移除的区域变成振动器振动的位置。因此，氧化区34的厚度可以通过考虑将在后续工艺中形成的振动器的振动范围而确定。因此，在离子注入工艺39期间，可以确定氧的剂量和离子注入能量。在离子注入工艺39期间，氧的剂量可以例如在从约10¹⁷/cm²至约10¹⁸/cm²的范围，并且离子注入能量可以例如在约100KeV至约200KeV的范围。氧的剂量和离子注入能量可以超过上述范围。

参照图8A，多个通孔40形成在第三掺杂区32中。氧化区34通过多个通孔40暴露。图8B是图8A的平面图。图8A是沿着图8B的线A-A’截取的截面图。参照图8B，氧化区34具有四边形形状。虽然在图8B中示出三个通孔40，但是多个通孔40的数目可以不同于3个。而且，多个通孔40的直径可以彼此不同。在图8A和图8B中，氧化区34的硅氧化物通过通孔40被移除。在此情形下，硅氧化物可以通过使用例如氢氟酸（HF）的湿法蚀刻剂移除。氧化区34的硅氧化物可以通过将图8A和图8B的所得结构浸入在存储湿法蚀刻剂的容器中而通过通孔40移除。在此情形下，由于湿法蚀刻剂相对于硅氧化物的选择性非常高，所以在硅氧化物被移除时其它部分不被移除。当硅氧化物由于湿法蚀刻剂而从氧化区34被移除时，空置空间60形成在如图9所示的第三掺杂区32下方。

由于形成空置空间60，所以第三掺杂区32具有板形。第三掺杂区32用作簧片，并成为在传感器操作时根据施加到振动器的信号而振动的振动器（或膜片）。

参照图10，用于密封通孔40的材料膜50形成在第三掺杂区32上。材料膜50可以通过使用零级真空封装而形成。通孔40可以填充有材料膜50。材料膜50可以可选地形成。

如此，制造了传感器100。

图11至图18是示出制造图3的传感器200的方法的截面图。

参照图11，在第一硅层TS2a上形成掩模M1，通过掩模M1暴露第一硅层TS2a的顶表面的一部分。第一硅层TS2a可以是单晶硅层，并可以是掺杂有p型或n型杂质的基板。当掩模M1存在时，在离子注入工艺122期间，将氧离子注入到第一硅层TS2a的暴露部分中。在离子注入工艺122期间或之后，第一硅层TS2a可以被退火或加热。接着，掩模M1被移除。这样，氧化区120形成在第一硅层TS2a的暴露部分的顶表面下方。氧化区120可以由硅氧化物形成。氧化区120的位置和厚度可以通过离子注入工艺122期间的氧的剂量和离子注入能量而确定。离子注入工艺122期间的氧的剂量和离子注入能量可以在形成图7的氧化区34时使用的范围内被确定。

参照图12，在第一硅层TS2a上形成第二硅层TS2b至预定厚度。作为单晶硅层的第二硅层TS2b可以是与第一硅层TS2a相反地掺杂的基板。第二硅层TS2b可以是掺杂有p型或n型杂质的基板。在形成氧化区120之后，第二硅层TS2b可以原位形成。第二硅层TS2b可以通过使用外延生长而形成，并可以在外延生长期间被掺杂。因此，在第一硅层TS2a和第二硅层TS2b之间没有界面或接触表面。当形成第二硅层TS2b时使用的源气体可以是包括硅（Si）和氢（H）的化合物、包括Si和氯（Cl）的化合物或者包括Si、H和Cl的化合物。

在形成第二硅层TS2b之后，在第二硅层TS2b上形成掩模M2，通过掩模M2暴露第二硅层TS2b的部分。掩模M2可以是光敏膜图案。掩模M2可以形成为使得第二硅层TS2b的顶表面的与氧化区120的两边缘部分相应的部分被暴露。在离子注入工艺132中，氧离子被注入到第二硅层TS2b的暴露部分中。在离子注入工艺132期间，通过调节氧的剂量和离子注入能量而迫使氧离子到达氧化区120的两边缘上方的由虚线标记的部分A1。为了在离子注入工艺132期间通过部分A1均匀地扩散氧离子，第一硅层TS2a和第二硅层TS2b可以被退火或加热。退火或加热可以在离子注入工艺132期间或之后执行。由于离子注入工艺132和退火，氧化区140形成在氧化区120的两边缘上方，如图13A和图13B所示。

参照图13A，氧化区140的每个包括第一硅层TS2a的位于氧化区120与第二硅层TS2b之间的部分以及第二硅层TS2b的设置在第一硅层TS2a的该部分上方的部分。氧化区140包括硅氧化物。氧化区140形成在垂直于氧化区120的方向上，以部分地穿过第一硅层TS2a和第二硅层TS2b。由于氧化区120和140，第一硅层TS2a的部分TS2a-1在氧化区120和第二硅层TS2b之间被隔离。图13B是图13A的俯视平面图。图13A是沿着图13B的线A-A’截取的截面图。

参照图13B，氧化区120具有四边形形状，并且氧化区140沿氧化区120的端部形成。

参照图14，在第二硅层TS2b上形成掩模M3，通过掩模M3暴露第二硅层TS2b的顶表面的部分。掩模M3可以形成为使得第二硅层TS2b的顶表面的与氧化区140上方的由虚线标记的部分A2相应的部分被暴露。当掩模M3存在时，在离子注入工艺142中，氧离子被注入到第二硅层TS2b的暴露部分中。在离子注入工艺142之后，掩模M3可以被移除。虽然离子注入工艺142可以通过与上述离子注入工艺39、122和132相同的方式执行，但是氧的剂量和/或离子注入能量可以不同。由于离子注入工艺142，氧化区150形成在部分A2中，如图15所示。

参照图15，氧化区150的一端连接到氧化区140，并且氧化区150的其它端非常靠近地彼此面对。由于氧化区120、140和150彼此连接，所以氧化区120、140和150可以是一个氧化区。氧化区150和氧化区120可以通过氧化区140彼此连接并可以彼此平行。第二硅层TS2b的位于氧化区150与氧化区120之间的部分成为在传感器200操作时振动的振动器（或膜片）160。第二硅层TS2b的设置在氧化区150之间的部分成为柱130B，柱130B将振动器160连接到第二硅层TS2b的设置在氧化区150上方的部分。

参照图16，多个通孔170可以形成在第二硅层TS2b的设置在氧化区150上方的部分中。氧化区150通过通孔170暴露。通孔170可以形成在氧化区140上方。保留在氧化区120、140和150中的硅氧化物通过通孔170被移除。保留在氧化区120、140和150中的硅氧化物可以通过与保留在图8的氧化区34中的硅氧化物被移除时采用的方式相同的方式被移除。由于硅氧化物从氧化区120、140和150移除，所以氧化区120、140和150形成如图17所示的空置空间180。

参照图17，振动器（或膜片）160形成在空置空间180中，并且振动器160通过柱130B连接到第二硅层TS2b。振动器160的底表面被第一硅层TS2a的部分TS2a-1覆盖。当传感器200操作时，振动器160和第二硅层TS2b的连接振动器160的薄部分TS2b-1可以一起振动。

参照图18，用于密封通孔170的材料膜190形成在第二硅层TS2b上。材料膜190可以通过与图10的材料膜50相同的方式形成。当形成材料膜190时，通孔170可以完全地或部分地填充有材料膜190。这样，制造了传感器200。

图19至图26是示出制造图4的传感器300的方法的截面图。

参照图19，通过使用图11至图14的方法形成图15的所得结构。接着，第三硅层TS2c形成在第二硅层TS2b上。第三硅层TS2c可以包括与第二硅层TS2b相同的掺杂剂。第三硅层TS2c可以原位形成。第三硅层TS2c可以通过与用于形成第二硅层TS2b相同的方式形成。第三硅层TS2c可以在形成时被掺杂。

参照图20，在第三硅层TS2c上形成掩模M4，通过掩模M4暴露第三硅层TS2c的顶表面的部分。掩模M4用于将氧离子注入到第二硅层TS2b的位于氧化区150上方的部分中。掩模M4可以形成为使得第三硅层TS2c的与氧化区150的部分相应的部分被暴露。当掩模M4存在时，在离子注入工艺152中，将氧离子通过第三硅层TS2c的暴露部分注入到第二硅层TS2b中。在离子注入工艺152期间的氧的剂量和离子注入能量可以通过考虑由离子注入工艺152形成的氧化区210的位置和厚度而调节。在离子注入工艺152之后，掩模M4被移除。由于离子注入工艺152，氧化区210形成在氧化区150与第三硅层TS2c之间的第二硅层TS2b上，如图21所示。氧化区210形成在氧化区150上，并且彼此间隔开。

参照图21，氧化区210连接到氧化区150。因此，氧化区120、140、150和210成为一个氧化区。氧化区210可以从氧化区150延伸到第三硅层TS2c。

参照图22A和图22B，在第三硅层TS2c上形成掩模M5，通过掩模M5暴露第三硅层TS2c的顶表面的部分。掩模M5用于在离子注入工艺162中将氧离子注入到第三硅层TS2c中的位于氧化区210上方的由虚线标记的部分A3。当掩模M5存在时，在离子注入工艺162中，氧离子被注入到第三硅层TS2c的顶表面的暴露部分中。接着，掩模M5被移除。图22B是图22A的俯视平面图。图22A是沿着图22B的线A-A’截取的截面图。参照图22B，将注入第三硅层TS2c的氧离子的部分A3限定为四边形形状。掩模M5的设置在第三硅TS2c的部分A3之间的部分限定设置在图23的氧化区220之间的柱135A。在图22A的离子注入工艺162期间或之后，可以执行退火或加热。因此，氧化区220形成在第三硅层TS2c中，如图23所示。

参照图23，氧化区220可以平行于氧化区150。柱135A设置在氧化区220之间。柱135A连接第三硅层TS2c的设置在氧化区220上方的部分TS2c-1和第二硅层TS2b的位于氧化区210之间的部分。氧化区220连接到设置在氧化区220下方的氧化区210。因此，氧化区220可以与设置在氧化区220下方的氧化区120、140、150和210成为一个氧化区。由于氧化区220形成在第三硅层TS2c中，所以第三硅层TS2c的设置在氧化区220上方的部分TS2c-1具有比氧化区220外侧的部分更薄的板形。

参照图24，多个通孔240形成在第三硅层TS2c的设置在氧化区220上方的部分TS2c-1中。图24B是图24A的俯视平面图。图24A是沿着图24B的线A-A’截取的截面图。参照图24B，氧化区220通过通孔240暴露。通孔240在第三硅层TS2c的设置在氧化区220上方的部分TS2c-1中纵向形成以彼此间隔开。

在通孔240形成之后，保留在氧化区120、140、150、210和220中的硅氧化物通过通孔240被移除。硅氧化物可以通过与保留在图8的氧化区34中的硅氧化物被移除时使用的方式相同的方式被移除。由于硅氧化物从氧化区120、140、150、210和220移除，所以空置空间250形成在氧化区120、140、150、210和220中，如图25所示。

参照图25，具有被第一硅层TS2a的部分TS2a-1覆盖的底表面的振动器（或膜片）160设置在空置空间250中。振动器160通过柱130B连接到第二硅层TS2b的薄部分TS2b-1，并且第二硅层TS2b的薄部分TS2b-1通过柱135A连接到第三硅层TS2c的薄部分TS2c-1。因此，当传感器300操作时，振动器160、第二硅层TS2b的薄部分TS2b-1和第三硅层TS2c的薄部分TS2c-1可以一起振动。

参照图26，用于密封通孔240的材料膜260形成在第三硅层TS2c的顶表面上。材料膜260可以通过与用于形成图18的材料膜190的方式相同的方式形成。这样，制造了具有3级簧片的传感器300。材料膜260可选地形成。因此，可以省略通孔240的密封。

如上所述，制造传感器的方法包括诸如掺杂、硅层生长、离子注入（氧化）和移除硅氧化物的工艺，并且传感器通过重复执行这些工艺而制造。由于这些工艺是互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺中使用的工艺，所以本发明的实施方式的方法可以使用CMOS工艺。因此，工艺可以简化，不会发生额外的成本，并且生产成本可以减少。

此外，根据本发明的实施方式的传感器可以用作另一装置，例如谐振器、变抗器（varactor）、机械开关或调制器。

虽然已经参照本发明的示范性实施方式具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节的各种变化而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种传感器，包括：

第一掺杂区；

第二掺杂区，具有与所述第一掺杂区相反的导电性并包括第一振动部分；以及

空置空间，设置在所述第一掺杂区与所述第一振动部分之间，

其中所述第一掺杂区和所述第二掺杂区是整体的，以及所述第一振动部分包括多个通孔，并且用于密封所述多个通孔的材料膜直接形成在所述第一振动部分上。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中振动器设置在所述空置空间中以被连接到所述第一振动部分并且与所述第一掺杂区平行。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述第二掺杂区的第二振动部分设置在位于所述振动器与所述第一振动部分之间的所述空置空间中以被连接到所述第一振动部分和所述振动器。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述第二振动部分包括多个通孔。

5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述第一振动部分包括多个通孔，并且用于密封所述第一振动部分的所述多个通孔的材料膜形成在所述第一振动部分上。

6.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一掺杂区被掺杂有n型材料或p型材料。

7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述材料膜是硅氧化物膜、硅氮化物膜和聚合物膜中的任意一种。

8.一种制造传感器的方法，所述方法包括：

形成单晶硅层，所述单晶硅层是单层硅层并且包括彼此相反地掺杂的第一掺杂区和第二掺杂区；以及

在所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的有限区域中形成空置空间，

其中所述第二掺杂区包括第一振动部分，所述第一振动部分包括多个通孔，并且用于密封所述多个通孔的材料膜直接形成在所述第一振动部分上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述单晶硅层包括：

形成掺杂有第一掺杂剂的第一单晶硅层；以及

通过将所述第一单晶硅层的一部分掺杂第二掺杂剂而形成所述第二掺杂区。

10.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述空置空间还包括：

在所述第二掺杂区下方的所述第一掺杂区中形成氧化区；以及

移除所述氧化区的氧化材料。

11.根据权利要求10所述的方法，其中移除所述氧化区的氧化材料还包括：

在所述氧化区上的所述第二掺杂区中形成通孔，通过所述通孔暴露所述氧化区；以及

通过所述通孔移除所述氧化材料。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述第二掺杂区上形成用于密封所述通孔的材料膜。

13.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述单晶硅层包括：

形成掺杂有第一掺杂剂的第一单晶硅层；

在所述第一单晶硅层的顶表面下方形成氧化区；以及

在所述第一单晶硅层上生长掺杂有第二掺杂剂的第二单晶硅层。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：朝所述第二单晶硅层延伸所述氧化区的一部分。

15.根据权利要求14所述的方法，其中形成所述空置空间包括：从所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层的氧化区移除氧化材料。

16.根据权利要求14所述的方法，其中朝所述第二单晶硅层延伸所述氧化区的所述部分包括：

形成第一氧化区，所述第一氧化区连接到所述氧化区并且在垂直于所述氧化区的方向上延伸到所述第二单晶硅层中；以及

形成第二氧化区，所述第二氧化区连接到所述第一氧化区并且在平行于所述第二单晶硅层中的所述氧化区的方向上延伸。

17.根据权利要求15所述的方法，其中从所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层的所述氧化区移除所述氧化材料还包括：

在所述第二单晶硅层上形成通孔，通过所述通孔暴露朝所述第二单晶硅层延伸的所述氧化区；以及

通过所述通孔移除所述第一单晶硅层和所述第二单晶硅层的所述氧化区的氧化材料。

18.根据权利要求17所述的方法，在移除所述氧化材料之后，所述方法还包括：在所述第二单晶硅层上形成用于密封所述通孔的材料膜。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在所述第二单晶硅层上生长第三单晶硅层；

延伸所述氧化区到所述第三单晶硅层中；以及

移除所述第一至第三单晶硅层的所述氧化区的氧化材料。

20.根据权利要求19所述的方法，其中延伸所述氧化区到所述第三单晶硅层中包括：

形成第三氧化区，所述第三氧化区连接到所述氧化区的延伸到所述第二单晶硅层中的部分并且穿过在所述氧化区的延伸到所述第二单晶硅层中的所述部分上方的第二单晶硅层；以及

在所述第三单晶硅层上形成第四氧化区，所述第四氧化区连接到穿过所述第二单晶硅层的所述第三氧化区并且平行于所述第二单晶硅层。

21.根据权利要求20所述的方法，其中移除所述第一至第三单晶硅层的所述氧化区的氧化材料包括：

在所述第三单晶硅层上形成通孔，通过所述通孔暴露所述第四氧化区；以及

通过所述通孔移除所述第一至第三单晶硅层的所述氧化区的所述氧化材料。

22.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述氧化区包括：

将氧离子注入到将要形成所述氧化区的相应部分中；以及

热处理在注入所述氧离子之后获得的所得结构。

23.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述第一氧化区和形成所述第二氧化区包括：

将氧离子注入到将要形成所述第一氧化区和所述第二氧化区的相应区域中；以及

热处理在注入所述氧离子之后获得的所得结构。

24.根据权利要求19所述的方法，其中延伸所述氧化区到所述第三单晶硅层中包括：

将氧离子注入到所述第三单晶硅层的部分中，所述氧化区将被延伸到所述部分；以及

热处理在注入所述氧离子之后获得的所得结构。

25.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述氧化区包括：

将氧离子注入到将要形成所述氧化区的相应部分中；以及

热处理在注入所述氧离子之后获得的所得结构。

26.一种操作传感器的方法，其中所述传感器包括第一掺杂区、第二掺杂区和空置空间，所述第二掺杂区具有与所述第一掺杂区相反的导电性并包括振动部分，所述空置空间设置在所述第一掺杂区与所述振动部分之间，其中所述第一掺杂区和所述第二掺杂区是整体的，所述方法包括在所述第一掺杂区和所述第二掺杂区之间施加反向偏压，

其中所述振动部分包括多个通孔，并且用于密封所述多个通孔的材料膜直接形成在所述振动部分上。